第15章 碳水化合物（课件）-《有机化学》同步教学（国防大学出版社）

无机化学 第15章 碳水化合物 15.2 单糖 15.1 碳水化合物的定义与分类 15.4 重要的多糖 15.3 重要的二糖 1.1 有机化合物与有机化学 碳水化合物的定义 15.1.1 碳水化合物又称为糖类，它是由碳、氢和氧三种元素组成的，是广泛存在于动、植物体内的极为重要的一类有机化合物。人们当初发现这类化合物时，除碳原子外，其分子中氢原子与氧原子数之比与水分子相同，可用通式Cm(H2O)n来表示，因此称其为碳水化合物。例如，果糖的分子式为C6H12O6，可表示为C6(H2O)6。但后来发现有些化合物在结构和性质方面都和糖类相似，但它们的分子组成并不符合通式，如鼠李糖（C6H12O5）；而有些化合物虽分子组成符合上述通式，如乙酸（C2H4O2），但从结构和性质上看，却不属于糖类。因此，“碳水化合物”已失去原有的含义，但因沿用已久，所以至今仍被普遍采用。 1.1 有机化合物与有机化学 碳水化合物的分类义 15.1.2 碳水化合物根据其分子大小和结构特征可分为单糖、低聚糖和多糖三类。 ①单糖不能发生水解反应的多羟基醛或多羟基酮叫做单糖，如葡萄糖和果糖等。 ②低聚糖能水解成两个、三个或几个分子单糖的碳水化合物叫做低聚糖，也称做寡糖，如蔗糖、麦芽糖等。 ③多糖水解后能产生多个分子单糖的碳水化合物叫做多糖，如淀粉、纤维素等。 15.2 单 糖 单糖的结构 15.2.1 单糖的碳架结构 1. 以葡萄糖为例说明单糖的碳架结构。葡萄糖的六个碳原子形成直链，一个碳链端为醛基，其他五个直链上的碳分别连接一个羟基。 15.2 单 糖 单糖的构型 2. 以具有一个不对称的碳原子的甘油醛为例，凡是羟基在右边的，规定为D-型；羟基在左边的，规定为L型。 对于含有三个碳原子以上且有多个不对称的碳原子的糖，在规定其构型时，以距醛基或酮基最远的不对称碳原子为准，羟基在右的为D-型，羟基在左的为L-型。 在糖化学中，目前通常采用D/L标记单糖的构型，但是该标记法有一定的局限性，因此，有些手性碳原子需用R/S标记法标记。 15.2 单 糖 单糖的环状结构 3. 新配制的单糖溶液，随着时间的改变，其比旋光度是不同的，即比旋光度会随着时间逐渐改变，最终达到某一稳定值，这种旋光度自行改变的现象叫做变旋现象，用单糖的开链结构并不能解释一些现象。因此，费歇尔（E·Fischer）提出了单糖的环状结构。单糖分子中醛基和其他碳原子上的羟基能发生成环反应，称半缩醛反应。 通常情况下，对环状结构异构体规定如下：凡半缩醛（或半缩酮）羟基与决定直链结构构型（D或L）的碳上的羟基（即靠近伯醇基碳原子上的羟基）处于碳链的同一边者为α-型，在不同边者为β-型。 15.2 单 糖 环式结构（Fischer式）的氧桥过长，不符合键角等大小，现多采用哈渥斯式（Haworth式）透视式结构。现以葡萄糖为例，其各种结构式如下： 15.2 单 糖 其中，（Ⅰ）式是Fischer投影式，（Ⅱ）式是Haworth式。 其他单糖也具有环式结构，其中，六元环δ氧环式的骨架与吡喃环相似，叫做吡喃糖；与此相似，具有五元环结构的糖叫做呋喃糖。 15.2 单 糖 单糖的性质 15.2.2 物理性质 1. 单糖是无色结晶固体，易溶于水，微溶于醇，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。 15.2 单 糖 化学性质 2. （1）氧化 单糖可以被多种氧化剂氧化，表现出还原性，根据所用氧化剂的不同可得到不同的产物。醛糖可被较弱的氧化剂溴水氧化得到糖酸，被强氧化剂硝酸氧化则生成糖二酸。例如： 15.2 单 糖 酮糖比醛糖难氧化，如酮糖不能被溴水氧化，因此可用溴水颜色是否褪去作为区别醛糖和酮糖的标准。但是无论是醛糖还是酮糖都可以被Fehling试剂和Tollens试剂氧化，分别有砖红色的氧化亚铜和银镜生成。这种能还原Fehling试剂和Tollens试剂的糖称为还原糖，否则称为非还原糖。上述反应现象可用来鉴别还原糖和非还原糖。 15.2 单 糖 （2）还原 与醛和酮的羰基相似，糖分子中的羰基也可被还原成为羟基。利用还原剂（如NaBH4）还原或催化氢化可将羰基还原为羟基，生成糖醇。例如，D -葡萄糖被还原后得到山梨糖醇： 山梨糖醇无毒，略有甜味，为无色晶体，是合成维生素C、树脂、表面活性剂等的原料。 15.2 单 糖 （3）糖脎的生成 醛糖或酮糖与